.,1,第八章熔噴法（MeltBlowing）,.,2,第一節(jié)概述第二節(jié)熔噴的工藝原理與設(shè)備第三節(jié)熔噴用原料第四節(jié)熔噴產(chǎn)品性能和應(yīng)用第五節(jié)熔噴的技術(shù)進展,.,3,熔噴法工藝是聚合物擠壓法非織造工藝中的一種，起源于20世紀50年代初。20世紀50年代初，美國海軍實驗室為收集核試驗產(chǎn)生的放射性微粒，開始研制具有超細過濾效果的過濾材料，1954年發(fā)表研究成果。20世紀60年代中期，美國埃克森（Exxon）公司進一步對這一工藝進行研究，與精確（Accurate）公司合作制造出了第一臺熔噴設(shè)備原型機，并申請了專利。目前，除了埃克森公司擁有熔噴技術(shù)的專有技術(shù)外，其它一些公司（如美國3M公司，德國Freudenberg公司等）也成功開發(fā)出了自己的熔噴非織造技術(shù)。,第一節(jié)概述,.,4,我國，熔噴非織造布研究大約在50年代末、60年代初，所研究的設(shè)備是間歇式的。到60年代末、70年代初中國間歇式熔噴設(shè)備的臺數(shù)已達到200臺以上。大約在92-94年間從美國、德國引進連續(xù)式生產(chǎn)線。到目前為止，估計全國仍有300臺以上的間歇式熔噴設(shè)備在運轉(zhuǎn)。2006年全國熔噴非織造布的產(chǎn)量已超過2萬噸，其中70%左右都是連續(xù)式熔噴設(shè)備生產(chǎn)的。由于連續(xù)熔噴設(shè)備單線產(chǎn)量高、用人少、管理方便，今后發(fā)展熔噴非織造布生產(chǎn)，主要指發(fā)展連續(xù)式熔噴設(shè)備。從20世紀80年代開始，熔噴法非織造布增長迅速，保持了1012的年增長率。,.,5,一、熔噴的工藝原理熔噴非織造工藝是利用高速熱空氣對模頭噴絲孔擠出的聚合物熔體細流進行牽伸，由此形成超細纖維并凝聚在凝網(wǎng)簾或滾筒上，并依靠自身粘合而成為非織造布。,第二節(jié)熔噴工藝原理與設(shè)備,.,6,熔噴纖維和紡粘纖維比較：纖維長度：紡粘為長絲，熔噴為短纖維。纖維強力：紡粘纖維強力熔噴纖維強力。纖維細度：熔噴纖維比紡粘纖維細。,.,7,熔噴裝置按放置方式分有水平式和垂直式。,.,8,熔噴過程,紡粘法,.,9,二、工藝流程與設(shè)備（一）熔噴的工藝流程聚合物準備熔融擠壓計量泵熔噴模頭組合件熔體細流拉伸冷卻接收裝置（二）熔噴設(shè)備主要設(shè)備：上料機、螺桿擠出機、計量泵、熔噴模頭組合件、空壓機、空氣加熱器、接收裝置、卷繞裝置。生產(chǎn)聚酯等原料，還需要切片干燥裝置。生產(chǎn)輔助設(shè)備主要有模頭清潔爐、靜電施加裝置和噴霧裝置等。,.,10,1.上料機安裝于擠出機料斗之上。上料機的功能是將聚合物切片抽吸至螺桿擠出機料斗，通常具有自動功能，可按整個生產(chǎn)線的產(chǎn)量來設(shè)定單位時間的送料量。,.,11,2.螺桿擠出機參見第六章相關(guān)內(nèi)容。3.計量泵參見第六章相關(guān)內(nèi)容。4.熔噴模頭組合件模頭組合件是熔噴設(shè)備中最關(guān)鍵的部分，其中最重要的部分包括：(1)聚合物熔體分配系統(tǒng)(2)模頭系統(tǒng),.,12,（1）聚合物熔體分配系統(tǒng)保證聚合物熔體在整個熔噴模頭長度方向上均勻流動并具有均一的滯留時間，從而保證熔噴法非織造布在整個寬度上具有較均勻的性質(zhì)。目前熔噴工藝中主要采用衣架型聚合物熔體分配系統(tǒng)（T型分配系統(tǒng)不能均勻分配流體）。,.,13,衣架型熔體分配系統(tǒng)示意圖,歧管,.,14,研究表明，歧管傾斜角度對分配系統(tǒng)出口處的流率分布情況有顯著影響。增加，聚合物熔體在分配系統(tǒng)中央處的流速減小，而兩邊的流速增加。另外熔體本身的性質(zhì)對熔體流速的均勻性也有影響，因此分配系統(tǒng)的幾何形狀一旦確定，必定要求聚合物原料具有相應(yīng)的性能，故熔噴必需開發(fā)專用原料。,.,15,（2）模頭系統(tǒng)（模頭die）噴絲板、氣板、加熱保溫元件等組成。熔噴產(chǎn)品的均勻度與模頭密切關(guān)系。通常，熔噴模頭的加工精度要求高，故模頭制造成本昂貴。噴絲孔常呈單排排列，長徑比大于10。,.,16,該種結(jié)構(gòu)可得到較大的噴絲孔長徑比，模頭清潔較方便，但加工精度和裝配精度要求高，目前應(yīng)用較少。,Exxon公司早期研制的熔噴模頭，上下模體結(jié)合面上各自加工出微細的凹槽，然后上下模體貼合即可形成一排噴絲孔。,.,17,Kasen公司熔噴模頭,.,18,5.空氣加熱器熔噴工藝需用大量的熱空氣。空壓機輸出的壓縮空氣經(jīng)除濕過濾后輸送到空氣加熱器加熱，然后再送至熔噴模頭組合件。空氣加熱器是壓力容器，同時要抵抗高溫空氣的氧化作用，因此材料必須選用不銹鋼。,.,19,6.接收裝置熔噴工藝接收裝置的類型主要有：滾筒式平網(wǎng)式立體成型(芯軸)：生產(chǎn)濾芯用裝置,.,20,.,21,美國J&M公司熔噴設(shè)備,.,22,濾芯,濾芯的結(jié)構(gòu)為外層纖維粗，內(nèi)層纖維細，外層疏松，內(nèi)層緊密的漸變徑漸緊結(jié)構(gòu)。獨特的梯度深層過濾形成了立體濾渣效果，具有高孔隙率、高截留率、大納污量、大流量、低壓降的特點。,.,23,立體成型(芯軸)：采用立體接收裝置，分間歇式接收和連續(xù)式接收。(1)間歇式接收裝置接收裝置來回移動，纖維多層纏繞在芯軸上；改變接收距離，生產(chǎn)具有密度梯度的濾芯；改變芯軸尺寸，生產(chǎn)不同內(nèi)徑的濾芯。每根濾芯制成后需更換芯軸，因此生產(chǎn)效率較低。,.,24,（2）連續(xù)式接收裝置接收芯軸呈懸臂梁形式，內(nèi)有輸出管狀濾芯的傳動軸，傳動軸頭端有螺紋，將管狀濾芯從接收芯軸上拔出并輸送至切割系統(tǒng)。生產(chǎn)有密度梯度的濾芯時，應(yīng)配多個不同接收距離的模頭。,.,25,7.輔助設(shè)備熔噴生產(chǎn)線最主要的輔助設(shè)備就是模頭清潔爐。熔噴模頭生產(chǎn)一段時間后會發(fā)生堵孔現(xiàn)象，這時需要更換熔噴模頭。替換下來的熔噴模頭需要用焙燒的方式除去殘留在模頭內(nèi)的聚合物和雜質(zhì)。螺桿和噴絲板等通常均采用焙燒的方法來除去殘留聚合物及雜質(zhì)。,.,26,焙燒除去殘留聚合物及雜質(zhì),.,27,SCTR清潔爐,.,28,理論上講，凡是熱塑性（高溫熔融，低溫固化）聚合物切片原料均可用于熔噴工藝。聚丙烯是熔噴工藝應(yīng)用最多的一種切片原料，除此之外，熔噴工藝常用的聚合物切片原料有聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、PBT、EMA、EVA等。,第三節(jié)熔噴用原料,.,29,熔噴,.,30,聚合物的種類決定了其熔點及流變性能。對于每一種聚合物原料，均有對應(yīng)的熔噴工藝，如在加熱溫度、螺桿長徑比、螺桿形式、原料干燥工藝等方面都有一定的差異。,烯烴類和酯類聚合物原料熔噴工藝的差異,.,31,烯烴類聚合物原料(如聚丙烯)的聚合度較高，因此加熱溫度高于其熔點100以上方能順利熔噴，而聚酯加熱溫度稍高于其熔點就可熔噴。烯烴類原料一般不需要干燥。而聚酯必須進行切片干燥。,.,32,聚合物原料的分子量及分子量分布是影響熔噴工藝和熔噴法非織造布性能最主要的因素。對熔噴工藝來說，一般認為聚合物原料分子量低、分子量分布窄有利于熔噴纖網(wǎng)的均勻性。聚合物分子量越低，熔融流動指數(shù)(MFI,meltflowindex,指在一定的壓力及溫度下,10分鐘所流出的融體的重量克數(shù))越高，熔體粘度越低，越能適合于熔噴工藝較弱的牽伸作用。,.,33,第四節(jié)熔噴產(chǎn)品性能和應(yīng)用,本節(jié)主要內(nèi)容：一、熔噴非織造布的結(jié)構(gòu)與性能二、影響熔噴產(chǎn)品性能的因素三、熔噴產(chǎn)品的應(yīng)用,.,34,一、熔噴非織造布的結(jié)構(gòu)與性能熔噴法非織造布的特點之一是纖維細度較小，通常小于10m，大多數(shù)纖維細度在14m。從熔噴模頭噴絲孔到接收裝置的整條紡絲線上各種作用力無法保持平衡（高溫高速氣流的拉伸力波動、冷卻空氣的速度和溫度等的影響），使熔噴纖維細度大小不一。紡粘法非織造布纖網(wǎng)中纖維直徑的均勻度明顯好于熔噴纖維，因紡粘工藝中，紡絲工藝條件是穩(wěn)態(tài)的，牽伸和冷卻條件變化波動較小。,.,35,熔噴非織造纖網(wǎng)的掃描電鏡,.,36,熔噴纖維的結(jié)晶度和取向度比紡粘法的小。因此熔噴纖維的強度較差，故纖網(wǎng)的強力也較差。幾種PP纖維的強度如下表：,因熔噴成形的纖維強度較差，熔噴法非織造布實際應(yīng)用時，主要是應(yīng)用其超細纖維的特點。,.,37,二、影響熔噴產(chǎn)品性能的因素熔噴產(chǎn)品的性能主要指物理機械性能，如產(chǎn)品的強力、透氣性、纖維直徑等，因熔噴工藝復(fù)雜故影響因素較多。,.,38,在線參數(shù)：在熔噴生產(chǎn)過程中可按需要調(diào)節(jié)的參數(shù)，如熔體擠出量、熔體溫度、拉伸熱空氣的溫度和初始速度、接收距離等。離線參數(shù)：只能在設(shè)備不運轉(zhuǎn)時才能調(diào)節(jié)的參數(shù)，如噴絲孔的形狀、拉伸熱空氣通道尺寸和夾角等。,.,39,熔融指數(shù)(MFI)與熔噴非織造布拉伸強力和頂破強力的關(guān)系,（一）聚合物聚合物分子量越低，熔融流動指數(shù)(MFI)越高，熔體粘度越低，越能適合于熔噴工藝較弱的牽伸作用。熔融指數(shù)越高，熔噴形成單纖維的強力越低，纖網(wǎng)的強力也低。,.,40,熔融指數(shù)(MFI)與熔噴非織造布斷裂伸長的關(guān)系,.,41,實際生產(chǎn)中，應(yīng)選用MFI大的聚丙烯還是小呢？MFI小：可生產(chǎn)強力較高的熔噴非織造布。MFI大：產(chǎn)量高、能耗低。因此當前趨勢是采用較高的MFI原料。最早應(yīng)用的聚丙烯，其分子量高，MFI較低（12g/10min）。隨科技的進步，MFI為12的聚丙烯很快就為MFI35的所取代，同時出現(xiàn)了專為熔噴工藝所用的聚丙烯，其MFI高達1500（進口）。,.,42,1、噴孔直徑孔徑小有利于紡制造超細纖維。但小的孔徑加工較為困難。2、熱空氣噴射角度氣流與模頭底面的夾角。,（二）離線參數(shù),.,43,氣流噴射角度的大小對拉伸效果有很大影響。高溫高速的牽伸熱空氣從熔噴組合模頭的空氣通道中噴射出來，兩股氣流發(fā)生碰撞，形成了復(fù)雜的流場。對此流場的數(shù)值模擬，首先是建立理論模型，然后進行數(shù)值求解，最后用實驗結(jié)果進行驗證。,.,44,氣流噴射角度為60,.,45,數(shù)值模擬的結(jié)果表明：噴絲孔軸線上和鄰近區(qū)域，氣流速度高，且沿噴絲孔軸線平行，對熔體細流牽伸的有利條件；遠離噴絲孔，速度減小；夾角越大，氣流在噴絲孔軸線方向的分量越大。但是，80夾角和60夾角流場產(chǎn)生的效果相差不大，同時，80夾角在機械結(jié)構(gòu)上較難實現(xiàn)。因此生產(chǎn)上常采用60的夾角。,.,46,1、熱空氣的速度（壓力）直接影響熔噴纖維細度。生產(chǎn)中用氣流的壓力來表示氣流的速度，壓力大則速度大。熱空氣速度：纖維直徑；單纖維相對強力；纖網(wǎng)中纖維間的粘合效果，非織造布強度。,（三）在線參數(shù),.,47,氣流速度對纖維細度的影響,.,48,2、熔噴溫度（熔體溫度）指熔噴模頭的溫度。溫度越高，熔體粘度越低，纖維越細。但熔體粘度過小會造成熔體細絲的過度牽伸，形成的超短超細的纖維會飛散到空中而無法收集，因此熔噴工藝中聚合物熔體粘度并不是越小越好。,.,49,纖網(wǎng)強力除取決于纖維本身的強力外還取決于纖維之間的熱粘合程度。熱粘合程度受接收距離(DCD)的影響尤為顯著。,3、接收距離（DCD-DistanceofCollectortoDie）,.,50,DCD，熱空氣冷卻和擴散不充分，粘合效果得到改善，產(chǎn)品蓬松度下降（纖維多呈團聚狀）。產(chǎn)品強力提高。DCD，熔噴非織造布強力（拉伸、頂破撕破強力）及彎曲剛度均下降；透氣率增長。,.,51,團聚狀排列的熔噴纖維,.,52,4、熔體擠出量單位：g/hole/min該參數(shù)如何調(diào)節(jié)？如何測試？擠出量增加，纖維直徑增加，熔噴非織造布的相對強度減小。,.,53,擠出量與纖維直徑的關(guān)系,.,54,熔噴纖網(wǎng)中常出現(xiàn)沒有牽伸成超細纖維的團塊狀聚合物，稱為“shot”現(xiàn)象。（亮點）,熔噴纖網(wǎng)中出現(xiàn)的“shot”現(xiàn)象,.,55,“shot”現(xiàn)象成因主要有：空氣速度太小或熔體粘度太高，部分熔體細絲未完全牽伸；熔體粘度太小：空氣速度高時，噴絲孔對熔體的握持作用減弱，熔體還沒有被牽伸成纖維便脫離噴絲孔；可見，要生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，熔噴工藝應(yīng)根據(jù)不同MFI的聚合物原料，正確設(shè)置熔體擠出量、熔噴溫度和牽伸熱空氣速度，并應(yīng)注意到這些工藝參數(shù)之間存在著相互依賴的關(guān)系。,.,56,三、熔噴產(chǎn)品的應(yīng)用,目前，熔噴法非織造布主要用于：過濾材料醫(yī)療衛(wèi)生材料環(huán)境保護材料服裝材料電池隔膜材料,.,57,過濾就是將分散于氣體或液體中的顆粒狀物質(zhì)分離出來。過濾機理：篩濾沉積、靜電沉積、擴散沉積等。,1、過濾材料,.,58,58,是否顆粒大于過濾材料的孔徑尺寸才能被篩濾？研究表明：孔徑尺寸在十至幾十微米之間的過濾材料，能捕集1m的塵埃。提高篩濾沉積效果就要減小濾材孔徑，即減小纖維細度、提高材料的密度。,.,59,熔噴非織造材料具有纖維細、孔隙多而孔隙尺寸小的優(yōu)點。應(yīng)用：氣體過濾：醫(yī)用口罩、室內(nèi)空調(diào)機過濾材料。液體過濾：飲料過濾、水過濾。為提高過濾效果，可減小纖維細度、增加濾材的密度，但會造成過濾阻力的明顯增加。因此讓熔噴非織造材料帶靜電，可通過靜電效應(yīng)提高其過濾效果，即進行駐極處理。,.,60,駐極處理的熔噴非織造布，因帶有持久的靜電，可依靠靜電效應(yīng)捕集微細塵埃，因此具有過濾效率高，過濾阻力低等優(yōu)點。聚丙烯具有較高的電阻率(71010cm)，注入電荷的容量較大，是一種制造駐極纖維的理想材料。實驗表明，經(jīng)駐極整理的聚丙烯熔噴非織造布在自然狀態(tài)下存放1440小時后，濾效保持不變。,.,61,駐極整理對熔噴法非織造布濾效及阻力的影響,可見，駐極整理后熔噴非織造布的過濾阻力并無變化，而濾效卻提高很多，這是其它非織造布所無法比擬的。,.,62,62,2、醫(yī)療衛(wèi)生材料醫(yī)用口罩：里外兩層用紡粘材料，中間用熔噴材料制成的復(fù)合材料（SMS）。,.,63,63,H1N1病毒大小：80nm120nm。,.,64,3、環(huán)境保護材料（吸油材料）聚丙烯熔噴法非織造布因其材料特性和微纖結(jié)構(gòu)而成為良好的吸油材料，在歐美、日本等發(fā)達國家已得到廣泛應(yīng)用，如海上溢油事故、工廠設(shè)備漏油以及污水處理等。,.,65,65,1989年春，美國阿拉斯加附近的威廉王子海峽，埃克森公司的“瓦爾德斯”號油輪觸礁事故，造成大面積漏油，原油泄漏導(dǎo)致成千上萬只海鳥和海洋生物死亡。當時空運了大約2.6萬噸以聚丙烯熔噴非織造布為主的吸油材料到現(xiàn)場，僅用了幾天時間就清理了海面，這是熔噴法非織造布成功用于海上溢油事故處理的典范。,溢出5000萬升原油，污染2000多公里的海岸線,工作人員在拯救一只被漏油污染的海鳥,.,66,聚丙烯熔噴法非織造布具有疏水親油的特性，耐強酸強堿，密度比水小，吸油后能長期浮于水面上而不變形，可循環(huán)使用和長期存放。聚丙烯熔噴法非織造布制成吸油索、吸油鏈、吸油枕等，吸油量可達到自身重量的1050倍。,吸油索,吸油材料的應(yīng)用,.,68,68,4、服裝材料（保暖材料）保暖材料應(yīng)具有良好的保暖性，并能較長期使用而不改變其保暖性。,.,69,69,實驗表明，纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)是影響保暖材料傳熱性能的主要因素之一。對于熔噴復(fù)合保暖材料，其厚度對透氣性能影響較小，而聚酯纖維絮片隨厚度減小透氣性迅速上升。因此熔噴復(fù)合保暖材料抗風能力較強。,.,70,5、電池隔膜隔膜材料是蓄電池的重要組成部件，常置于正負極板之間，主要功能是絕緣正負極板，保證電介質(zhì)的流動。聚丙烯材料具有優(yōu)良的耐酸堿性能，聚丙烯熔噴法隔膜材料具有孔徑小、孔率大、電阻小以及產(chǎn)品變化多樣的特點。,正極板上是二氧化鉛（PbO2），負極板上是絨狀鉛（Pb）。每一個正、負極板之間都隔著多孔的超細纖維物質(zhì)（電池隔膜），其中吸附著硫酸（H2SO4）電解液，這個纖維物質(zhì)（或硅膠物質(zhì)）是電化學反應(yīng)過程中液相傳輸和氣相傳輸?shù)耐ǖ溃驼⒇摌O板群被緊密地裝配在一起，形成一個2V的電池單體。圖中6個2V的單格串聯(lián)成12V的電池,.,71,第五節(jié)熔噴技術(shù)的發(fā)展趨勢,.,72,一、模頭寬度和個數(shù)的增加1967：精確公司制造世界首個254mm(10)寬噴頭；1969：1016mm的噴頭；19701979：2541727.2mm之間，后來還供給Kimber